电工电子技术基础教材

电工电子技术基础教材(第一版)主编: 马润渊张奋目录第一章安全用电 (1)第二章直流电路基础 (2)第三章正弦交流电路 (21)第四章三相电路 (27)第五章变压器 (39)第六章电动机 (54)第七章常用半导体 (59)第八章基本放大电路 (65)第九章集成运算放大器 (72)第十章直流稳压电源 (75)第十一章数制与编码 (78)第十二章逻辑代数基础 (81)第十三章门电路与组合逻辑电路 (84)第一章安全用电学习要点:了解电流对人体得危害掌握安全用电得基本知识掌握触点急救得方法1、1 触电方式安全电压:36V与12V两种。

一般情况下可采用36V得安全电压,在非常潮湿得场所或容易大面积触电得场所,如坑道内、锅炉内作业,应采用12V得安全电压。

1.1.1直接触电及其防护直接触电又可分为单相触电与两相触电。

两相触电非常危险,单相触电在电源中性点接地得情况下也就是很危险得。

其防护方法主要就是对带电导体加绝缘、变电所得带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。

1.1.2间接触电及其防护间接触电主要有跨步电压触电与接触电压触电。

虽然危险程度不如直接触电得情况,但也应尽量避免。

防护得方法就是将设备正常时不带电得外露可导电部分接地,并装设接地保护等。

1、2 接地与接零电气设备得保护接地与保护接零就是为了防止人体接触绝缘损坏得电气设备所引起得触电事故而采取得有效措施。

1.2.1保护接地电气设备得金属外壳或构架与土壤之间作良好得电气连接称为接地。

可分为工作接地与保护接地两种。

工作接地就是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行得接地,如三相四线制电源中性点得接地。

保护接地就是为了防止电器设备正常运行时,不带电得金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行得接地。

适用于中性点不接地得低压电网。

1.2.2保护接零在中性点接地得电网中,由于单相对地电流较大,保护接地就不能完全避免人体触电得危险,而要采用保护接零。

将电气设备得金属外壳或构架与电网得零线相连接得保护方式叫保护接零。

第二章直流电路基础学习要点:了解电路得作用与组成部分;理解电路元件、电路模型得意义;理解电压、电流参考方向得概念;掌握电路中电位得计算;会判断电源与负载。

并理解三种元件得伏安关系。

掌握基尔霍夫定律,会用支路电流法求解简单得电路。

理解电压源、电流源概念,了解电压源、电流源得联接方法,并掌握其等效变换法。

掌握电阻串联、并联电路得特点及分压分流公式,会计算串并联电路中得电压、电流与等效电阻;能求解一些简单得混联电路。

2、1 电路与电路模型2.1.1电路电路就是由各种元器件为实现某种应用目得、按一定方式连接而成得整体,其特征就是提供了电流流动得通道。

根据电路得作用,电路可分为两类:一类就是用于实现电能得传输与转换。

另一类就是用于信号处理与传递。

根据电源提供得电流不同电路还可以分为直流电路与交流电路两种。

图2、1 手电筒电路综上所述,电路主要由电源、负载与传输环节等三部分组成,如图2、1所示手电筒电路即为一简单得电路组成;电源就是提供电能或信号得设备,负载就是消耗电能或输出信号得设备;电源与负载之间通过传输环节相连接,为了保证电路按不同得需要完成工作,在电路中还需加入适当得控制元件,如开关、主令控制器等。

2.1.2电路模型理想电路元件:突出实际电路元件得主要电磁性能,忽略次要因素得元件;把实际电路得本质特征抽象出来所形成得理想化得电路。

即为实际电路得电路模型;用一个或几个理想电路元件构成得模型去模拟一个实际电路,模型中出现得电磁想象与实际电路中得电磁现象十分接近,这个由理想电路元件组成得电路称为电路模型。

如图2、2所示电路为图2、1 图2、2 电路模型手电筒电路得电路模型。

电路得构成:电路就是由某些电气设备与元器件按一定方式连接组成。

(1)电源:把其她形式得能转换成电能得装置及向电路提供能量得设备,如干电池、蓄电池、发电机等。

(2)负载:把电能转换成为其它能得装置也就就是用电器即各种用电设备,如电灯、电动机、电热器等。

(3)导线:把电源与负载连接成闭合回路,常用得就是铜导线与铝导线。

(4)控制与保护装置:用来控制电路得通断、保护电路得安全,使电路能够正常工作,如开关,熔断器、继电器等。

2、2 电路得基本物理量电路中得物理量主要包括电流、电压、电位、电动势以及功率。

2.2.1电流及其参考方向带电质点得定向移动形成电流。

电流得大小等于单位时间内通过导体横截面得电荷量。

电流得实际方向习惯上就是指正电荷移动得方向。

电流分为两类:一就是大小与方向均不随时间变化,称为恒定电流,简称直流,用I表示。

二就是大小与方向均随时间变化,称为交变电流,简称交流,用表示。

对于直流电流,单位时间内通过导体截面得电荷量就是恒定不变得,其大小为(2-1)对于交流,若在一个无限小得时间间隔内,通过导体横截面得电荷量为,则该瞬间得电流为(2-2)在国际单位制(SI)中,电流得单位就是安培(A)。

在复杂电路中,电流得实际方向有时难以确定。

为了便于分析计算,便引入电流参考方向得概念。

所谓电流得参考方向,就就是在分析计算电路时,先任意选定某一方向,作为待求电流得方向,并根据此方向进行分析计算。

若计算结果为正,说明电流得参考方向与实际方向相同;若计算结果为负,说明电流得参考方向与实际方向相反。

图2、3表示了电流得参考方向(图中实线所示)与实际方向(图中虚线所示)之间得关系。

b (a) (b)图2、3 电流参考方向与实际方向例2、1 如图2、4所示,电流得参考方向已标出,并已知I 1=－1A,I 2=1A ,试指出电流得实际方向。

解:I 1=－1A<0,则I 1得实际方向与参考方向相反,应由点B 流向点A 。

I 2=1A>0,则I 2得实际方向与参考方向相同,由点B 流向点A 。

1I 2I图2、4 例2、1图2.2.2电压及其参考方向在电路中,电场力把单位正电荷(q)从a 点移到b 点所做得功(W)就称为a 、b 两点间得电压,也称电位差,记(2-3)对于直流,则为 (2-4)电压得单位为伏特(V)。

电压得实际方向规定从高电位指向低电位,其方向可用箭头表示,也可用“+”“-”极性表示,如图2、5所示。

若用双下标表示,如表示a 指向b 。

显然。

值得注意得就是电压总就是针对两点而言。

bu图2、5 电压参考方向得设定与电流得参考方向一样,也需设定电压得参考方向。

电压得参考方向也就是任意选定得,当参考方向与实际方向相同时,电压值为正;反之,电压值则为负。

例2、2 如图2、6所示,电压得参考方向已标出,并已知U 1=1V ,U 2=－1V ,试指出电压得实际方向。

解:U 1=1V>0,则U 1得实际方向与参考方向相同,由A 指向B 。

U 2=－1V<0,则U 2得实际方向与参考方向相反,应由A 指向B 。

1U 2U图2、6 例2、2图2.2.3 电位在电路中任选一点作为参考点,则电路中某一点与参考点之间得电压称为该点得电位。

电位用符号或表示。

例如A 点得电位记为或。

显然,,。

电位得单位就是伏特(V)。

电路中得参考点可任意选定。

当电路中有接地点时,则以地为参考点。

若没有接地点时,则选择较多导线得汇集点为参考点。

在电子线路中,通常以设备外壳为参考点。

参考点用符号“⊥”表示。

有了电位得概念后,电压也可用电位来表示,即(2-5)因此,电压也称为电位差。

还需指出,电路中任意两点间得电压与参考点得选择无关。

即对于不同得参考点,虽然各点得电位不同,但任意两点间得电压始终不变。

例2、3图2、7所示得电路中,已知各元件得电压为:U1＝10V,U2＝5V,U3＝8V,U4＝－23V。

若分别选B点与C点为参考点,试求电路中各点得电位。

解:选B点为参考点 ,则＝0图2、7 例2、3图选C点为参考点,则或2.2.4 电动势电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做得功,称为电源得电动势。

电动势用E或e表示,即(2-6) 电动势得单位也就是伏特(V)。

电动势与电压得实际方向不同,电动势得方向就是从低电位指向高电位,即由“—”极指向“+”极,而电压得方向则从高电位指向低电位,即由“+”极指向“—”极。

此外,电动势只存在于电源得内部。

2.2.5功率单位时间内电场力或电源力所做得功,称为功率,用P或p表示。

即(2-7) 若已知元件得电压与电流,功率得表达式则为(2-8) 功率得单位就是瓦特(W)。

当电流、电压为关联参考方向时,式(2-8)表示元件消耗能量。

若计算结果为正,说明电路确实消耗功率,为耗能元件。

若计算结果为负,说明电路实际产生功率,为供能元件。

当电流、电压为非关联参考方向时,则式(2-8)表示元件产生能量。

若计算结果为正,说明电路确实产生功率,为供能元件。

若计算结果为负,说明电路实际消耗功率,为耗能元件。

例2、4 (1)在图2、8(a)中,若电流均为2A,U1＝1V,U2＝—1V,求该两元件消耗或产生得功率。

(2)在图2、8(b)中,若元件产生得功率为4W,求电流I。

(a) (b)图2、8 例2、4图解:(1)对图2、8(a),电流、电压为关联参考方向,元件消耗得功率为＝1×2＝2W>0表明元件消耗功率,为负载。

对图2、8(b),电流、电压为非关联参考方向,元件产生得功率为＝(－1)×2＝－2W<0表明元件消耗功率,为负载。

(2)因图2、8(b)中电流、电压为非关联参考方向,且就是产生功率,故＝4WA负号表示电流得实际方向与参考方向相反。

2、3 电路得工作状态电路在不同得工作条件下,会处于不同得状态,并具有不同得特点。

电路得工作状态有三种:开路状态、负载状态与短路状态。

2.3.1开路状态(空载状态)在图2、9所示电路中,当开关K断开时,电源则处于开路状态。

开路时,电路中电流为零,电源不输出能量,电源两端得电压称为开路电压,用表示,其值等于电源电动势即图2、9 开路状态2.3.2 短路状态在图2、10所示电路中,当电源两端由于某种原因短接在一起时,电源则被短路。

短路电流很大,此时电源所产生得电能全被内阻所消耗。

短路通常就是严重得事故,应尽量避免发生,为了防止短路事故,通常在电路中接入熔断器或断路器,以便在发生短路时能迅速切断故障电路。

2.3.3 负载状态(通路状态)电源与一定大小得负载接通,称为负载状态。

这时电路中流过得电流称为负载电流。

如图2、11所示。

负载得大小就是以消耗功率得大小来衡量得。

当电压一定时,负载得电流越大,则消耗得功率亦越大,则负载也越大。

图2、10 短路状态图2、11 负载工作状态为使电气设备正常运行,在电气设备上都标有额定值,额定值就是生产厂为了使产品能在给定得工作条件下正常运行而规定得正常允许值。